Rubrica: Energia
Titolo o argomento: L’atomo responsabile della vita è il più semplice della tavola degli elementi
L’atomo più “chiacchierato” degli ultimi anni, specie per problematiche legate all’autotrazione ed all’abbattimento delle emissioni inquinanti, è senza dubbio l’idrogeno. Si tratta del primo atomo della tavola degli elementi, il più semplice ed allo stesso tempo il più importante, l’atomo responsabile della vita sul nostro pianeta. Il sole ne è costituito per il 74% della massa e per oltre il 90% del volume. Fonti di energia come il carbone, il petrolio, il metano, i moti ondosi, il vento ed il geotermico, sono fonti energetiche che derivano da una fonte primaria imprescindibile: il sole (e quindi dall’idrogeno). Vediamo nel dettaglio le sue caratteristiche:
Simbolo: H
Numero atomico: 1. Il numero atomico è il numero di protoni di cui è costituito l’atomo
Peso atomico: 1. Unità di misura arbitraria adottata per non utilizzare il “grammo” considerato oltremodo scomodo per misure così piccole. Per fare altri esempi di chiarimento, l’azoto ha un peso atomico pari a circa 14, l’ossigeno pari a circa 16, l’alluminio pari a circa 27, il ferro pari a circa 56, il piombo pari a circa 207.
Numero di elettroni: 1.
Configurazione elettronica: 1s’. Questa terminologia, apparentemente incomprensibile, sta a significare che nell’orbitale 1s vi è un elettrone. L’orbitale 1s è la prima regione di spazio, situata attorno al nucleo, sulla quale è presente, in questo caso, l’unico elettrone dell’atomo di idrogeno. Se si fosse trattato dell’elio, nella medesima regione avremmo trovato 2 elettroni e la configurazione elettronica sarebbe stata: 1s2.
Tipologia: non metallo. Possiamo distinguere gli atomi tra: metalli, non metalli, semimetalli. Un gas ad esempio è un non metallo, vedi ad esempio: ossigeno, azoto, elio, idrogeno. Atomi come ad esempio boro e silicio sono semimetalli; atomi come palladio, cadmio, platino, molibdeno, potassio, ferro, alluminio, sono metalli.
Proprietà acido basiche: ossido anfotero, ossia un ossido che può maniferstare sia un comportamento acido che basico.
Punto di ebollizione: -255,77°C. Ovvero il valore di temperatura e pressione (generalmente pressione atmosferica) alla quale coesistono la fase liquida e la fase aeriforme di una sostanza.
Punto di fusione: -259,2°C. Ovvero il valore di temperatura e pressione (generalmente pressione atmosferica) alla quale coesistono la fase solida e la fase liquida in equilibrio termodinamico, cioè senza che vi sia transizione fra le due fasi.
Raggio atomico: 0,32 Å. Si misura in ångstrom ovvero 1 x 10-10 metri. Il raggio (apparente) di un atomo, convenzionalmente, è pari alla metà della distanza minima di avvicinamento tra due atomi della stessa specie.
Numero di ossidazione: 1. Numero di elettroni cedibili o acquisibili “virtualmente” durante la formazione di un composto.
Energia di ionizzazione: 313 (kcal/g) mole. Misura sperimentale del lavoro necessario per strappare un elettrone dall’atomo neuto o da un atomo già ionizzato.
Elettronegatività (secondo Pauling): 2,1. La tendenza ad acquistare elettroni (più elevata nei non metalli).
Temperatura di autoaccensione: 500°C c.a. in aria con 21% di O2.
Entalpia di combustione: –286 kJ/mol.
Reazione di combustione con l’aria: 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) + 572 kJ/mol.
Infiammabilità: elevata. Brucia in aria a concentrazioni da 4 a 75 parti di idrogeno su 100 parti d’aria. Brucia in atmosfera di cloro a concentrazioni da 5 a 95%.
Utilizzo: nella produzione di ammoniaca, nell’idrogenazione degli oli vegetali, in aeronautica, in qualità di combustibile alternativo, come riserva di energia nelle pile (o celle) a combustibile.
L’idrogeno allo stato elementare lo troviamo nella forma di molecola biatomica: “H2”. Tale molecola, a pressione atmosferica e temperatura ambiente (298K), si presenta come un gas incolore, inodore, altamente infiammabile. L’idrogeno è l’elemento più abbondante di tutto l’universo conosciuto (si trova nell’acqua, nei composti organici e negli organismi viventi). Nonostante ciò sulla terra è scarsamente presente nella forma libera e non è assolutamente facile da produrre. Per assurdo il modo più semplice di produrre l’idrogeno è attraverso il petrolio o altri combustibili fossili. Circa il 97% dell’idrogeno prodotto deriva dai combustibili fossili, tale processo porta all’emissione di elevate quantità di CO2 dannose per il pianeta in quanto favoriscono l’effetto serra. L’altro 3% di idrogeno prodotto proviene dall’elettrolisi dell’acqua. Per essere considerato (ad esempio) un carburante “pulito” è necessario valutare “come viene prodotto” e quindi quanta CO2 viene emessa per produrlo. Per essere considerato vantaggioso invece è necessario effettuare un bilancio della spesa (energetica) sostenuta per produrlo e dell’energia che se ne ricava. La scienza sta facendo enormi passi avanti per produrre l’idrogeno a basso costo ed in maniera realmente pulita grazie a microrganismi come batteri rossi, cianobatteri e microalghe.
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